(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、生理的活動により位置が変化するような患部に対しても、簡単な装置構成で放射線照射が行える放射線照射方法及び放射線照射装置を提供することにある。  呼吸，心拍など患者の生理的な活動により位置が変化するような患部に対しても、簡単な装置で放射線照射が行える放射線照射方法およびその装置を提供する。【解決手段】  まず、ステップ１に示すように、患部の位置変化と患者の生理的活動の時間変化を測定し、両者の関係（対応関数）を求める。次に、ステップ２に示すように、患者の生理的活動の時間変化を測定しながら、放射線治療を行う。ここで、放射線照射の制御はステップ１で求めた対応関数によって行う。【選択図】図１
2005095640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子を加速する加速器と、
前記加速器の運転状態を示す信号と患部の位置に対応して時間変化する信号を出力する手段の出力信号を表示する表示装置とを備えることを特徴とする荷電粒子出射装置。
【請求項２】
荷電粒子を加速する加速器と、
前記加速器から出射される前記荷電粒子のビームの電流値と患部の位置に対応して時間変化する信号を出力する手段の出力信号を表示する表示装置とを備えることを特徴とする荷電粒子出射装置。
【請求項３】
荷電粒子を加速する加速器と、
前記加速器の運転状態を示す信号と呼吸モニタからの出力信号とを表示する表示装置とを備えることを特徴とする荷電粒子出射装置。
【請求項４】
荷電粒子を加速する加速器と、
前記加速器から出射される前記荷電粒子のビームの電流値と呼吸モニタからの出力信号とを表示する表示装置とを備えることを特徴とする荷電粒子出射装置。
【請求項５】
前記加速器は、前記荷電粒子を入射し、加速し、前記加速終了後の出射可能な状態で前記荷電粒子のビームを出射する加速器であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の荷電粒子出射装置。
【請求項６】
呼吸モニタからの出力信号と加速器の運転状態を示す信号とを１つの表示画面に表示することを特徴とする表示方法。
【請求項７】
呼吸モニタからの出力信号と加速器から出射される荷電粒子ビームの電流値を測定して得られた信号とを１つの表示画面に表示することを特徴とする表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放射線の照射方法及び照射装置に係り、特に人体内の患部に放射線を照射するのに好適な放射線の照射方法及び照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術としては、特開昭59−88160 号公報に、患部の３次元的な位置を超音波断層装置によって測定し、放射線照射の範囲を制御する放射線照射制御装置が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５９−８８１６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、陽子線や重粒子線による放射線治療は線量照射の位置分解能が良く、患部へ的確に線量照射できるという利点を持つ。しかし、患者の呼吸や心拍等の生理的活動により位置が変化するような患部の場合、患部への照射線量が減り、治療の効果が落ちる。以下、呼吸や心拍等の生理的な運動や生理的な現象を、生理的活動と呼ぶ。上記従来例では、常に患部の位置を測定しながら放射線の照射位置を実時間で制御しているので、患部の位置測定及び放射線治療装置の制御に複雑な装置を必要とするという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、生理的活動により位置が変化するような患部に対しても、簡単な装置構成で放射線照射が行える放射線照射方法及び放射線照射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための第１の手段は、患者の生理的活動の時間変化と患部の位置変化との関係に基づいて、放射線照射時に前記生理的活動の時間変化を検出し、該検出結果に応じて患部が所定位置にある状態で患部への放射線照射がなされるように制御することにある。
【０００７】
上記目的を達成するための第２の手段は、患者の生理的活動の時間変化を検出する検出器と、該検出器の検出結果と患部の位置変化に関する予め定められた関係に基づいて、前記検出器で検出した検出信号に応じて患部への放射線照射を制御する制御信号を出力する制御手段と、該制御手段から出力される制御信号に従って患部への放射線照射を行う照射手段とを備えたものである。
【０００８】
放射線治療中の患部の位置変化は患者の生理的活動に対応している。従って、患者の生理的活動の時間変化を測定することは、間接的に患部の位置変化を測定していることになる。よって、患部の位置変化に対応した患者の生理的活動を検出し、放射線照射のタイミングをその生理的活動に同期させることで、結果的に患部の位置変化に対応した放射線の制御が可能になる。
【０００９】
第１の手段によれば、患部の位置変化の測定を、簡単な装置で実現可能な生理的活動の時間変化の測定に置き換えることができる。従って、複雑な装置及び複雑な制御を必要とする患部の位置変化の直接測定を放射線照射時に実時間で行う必要がなくなるので、生理的活動により位置が変化するような患部に対しても、簡単な装置構成で放射線照射を行うことができる。
【００１０】
また、第２の手段によれば、制御手段は、検出器の検出結果と患部の位置変化に関する予め定められた関係と、検出器で検出した検出信号とを用いて、患部の位置変化を求めることができる。従って、複雑な装置及び複雑な制御を必要とする患部の位置変化の直接測定を放射線照射時に実時間で行う必要がなくなるので、生理的活動により位置が変化するような患部に対しても放射線照射を行うことができる構成の簡単な装置を実現できる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、患部の位置変化の測定を、簡単な装置で実現可能な生理的活動の時間変化の測定に置き換えることができる。従って、複雑な装置及び複雑な制御を必要とする患部の位置変化の直接測定を放射線照射時に実時間で行う必要がなくなるので、生理的活動により位置が変化するような患部に対しても、簡単な装置構成で放射線照射を行うことができる。
【００１２】
また、患者の呼吸をモニターする呼吸モニターの出力信号と、シンクロトロンの運転状態を示す信号とを制御室に表示することにより、シンクロトロンの制御を行う制御者が正しいタイミングで出射が行われていることを目視で確認できるので、誤操作による正常組織への照射を防止し、システムの安全性と信頼度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００１４】
本発明による放射線照射方法は、図１に示すように、二つのステップを有する。まず、図１のステップ１に示すように、患部の位置変化と患者の生理的活動の時間変化を測定し、両者の関係（以下、対応関数と呼ぶ）を求める。次に、図１のステップ２に示すように、患者の生理的活動の時間変化を測定しながら、放射線治療を行う。ここで、放射線照射の制御はステップ１で求めた対応関数によって行う。以下、本発明による放射線照射装置の実施例及びその制御方法を図２乃至図２２を用いて説明する。
【実施例１】
【００１５】
図２乃至図４を用いて本発明による放射線照射装置の第１の実施例を説明する。本実施例を用いて、患部の動きが患者の心拍に同期しているときの、荷電粒子線による放射線治療の方法と装置の動作について説明する。図２において９ａは超音波断層装置であり、探触子９ｂによって受信した超音波信号から患部１１ａ付近の断層画像を得る。画像処理装置１３がこの画像を処理することにより、患部１１ａの位置が測定される。心電計１ａは電極１ｂからの信号により心電図を作成する。
【００１６】
図４は、心電図と患部の位置の測定値の例である。同図でＡは心電図の信号を、Ｂは患部の位置の信号をそれぞれ表す。同図から患部の位置変化は心電図の信号Ａに同期しており、ｓで示された時間には患部が殆ど位置を変えていない。心電図の信号Ａから時間ｓを判断する判断条件を図２の演算処理装置１０によって決定し、記憶装置３に記憶する。この判断条件が図１での対応関数に当たり、ここまでが図１におけるステップ１に対応する。尚、図４では患部の位置変化を簡単のために１次元で表したが、３次元的な位置を観測するときも同様である。また、断層画像からの患部位置の測定，時間ｓを判断する判断条件の決定、などの処理は測定と同時に行う必要はなく、測定されたデータを後で解析してもよい。
【００１７】
次に、図１のステップ２に対応する部分について説明する。図３における荷電粒子線発生装置１２の照射範囲を、図４の時間ｓでの患部の位置に設定する。図３の１ａと１ｂはステップ１で使用した心電計とその電極である。心電計１ａの信号は演算処理装置２に出力される。演算処理装置２は記憶装置３に記憶された判断条件に基づいて時間ｓを判断し、照射野制御部４ａに信号を送る。照射野制御部４ａはキッカー電磁石５を制御して、時間ｓに荷電粒子線を患部１１ａに照射する。
【実施例２】
【００１８】
次に、図５乃至図７を用いて本発明による放射線照射装置の第２の実施例を説明する。本実施例を用いて、患部の位置変化が患者の呼吸に同期しているときに、荷電粒子線を発生する加速器の運転を呼吸に同期させる装置とその動作について説明する。
【００１９】
図５でも、超音波断層装置９ａ及び探触子９ｂにより、第１の実施例と同様にして患部１１ａの位置が測定される。１ｃは呼吸モニターで、センサ１ｄで患者の呼吸をモニターする。図７のＡとＢは、呼吸モニターと患部の位置の測定信号の例である。信号Ａは呼吸モニター１ｃの出力信号で、信号Ｂは患部の位置を表す信号である。患部の位置変化は呼吸モニター１ｃの出力信号Ａに同期しており、図７中の時間ｓには患部が殆ど位置を変えていない。呼吸モニター１ｃの出力信号から時間ｓを判断する判断条件を演算処理装置
１０によって決定し、記憶装置３に記憶する。この判断条件が図１の対応関数に当たり、ここまでが図１におけるステップ１に対応する。
【００２０】
次に図１のステップ２に対応する部分について説明する。図６において、荷電粒子線発生装置１２の照射範囲を図７の時間ｓでの患部の位置に設定する。１ｃと１ｄはステップ１で使用したのと同じ呼吸モニターとそのセンサである。呼吸モニター１ｃからの信号が演算処理装置２に出力される。演算処理装置２は記憶装置３に記憶された判断条件に基づいて時間ｓを求め、加速器運転制御部４ｃに信号を出力することにより図７のＣに示すように、加速器の荷電粒子の入射ｉと出射ｅのタイミングを制御する。ここで、図７のＣは加速器の運転モードを表わし、準備ｒ，入射ｉ，加速ａ，待機ｗ，出射ｅの各モードに分けて示してある。
【００２１】
尚、呼吸に対する患部の動きが一般に判っており、呼吸モニター１ｃの信号に対して患部の位置変化が小さくなるタイミングが判る場合は、患者毎に生理活動と患部の位置変化の対応関係を調べる必要はない。
【実施例３】
【００２２】
次に、図８を用いて本発明による放射線照射装置の第３の実施例を説明する。本実施例では、第２の実施例のステップ２を変更して、荷電粒子線の照射範囲を患部に追従させる。まず、ステップ１では第２の実施例と同じように図５の装置を用いて呼吸モニター１ｃの信号と患部の位置変化を測定する。患部の位置変化は呼吸モニター１ｃの信号に同期しており、一定のパターンをもっている。そこで、典型的なパターンを演算処理装置１０でデジタル処理し記憶装置３に記憶する。
【００２３】
次に、図１のステップ２に対応する部分について説明する。図８において、呼吸モニター１ｃの信号は演算処理装置２に出力される。演算処理装置２は記憶装置３に接続されており、ステップ１で記憶したパターンを呼吸モニター１ｃの信号に同期させて発生させる。こうして発生されたパターンは、患部１１ａの近似的な位置を表すことになる。患部の位置の情報は照射野制御部４ａに出力され、照射野制御部４ａは入力した情報に対応する患部の位置に荷電粒子線を照射するように偏向器６及びレンジシフタ７を制御する。患部１１ａが位置と形状の両方とも変化するときには、照射野制御部４ａは多葉コリメータ８を制御して荷電粒子線の形状を変化させる。また、患部の領域が広く、荷電粒子線の走査によって照射範囲を決める場合は、患部１１ａの形状変化と位置変化のパターンを呼吸モニター１ｃの信号に対応させて走査の範囲を変化させる。このような制御により、荷電粒子線の照射範囲を患部に追従させて照射することが可能となる。
【００２４】
同様の方法による放射線治療は、荷電粒子線治療装置に限らず、Ｘ線治療装置，γ線治療装置，中性子線治療装置，レーザ光治療装置等にも適用できる。
【００２５】
第１及び第２の実施例の放射線照射のタイミングを制御する方法では、患部が同じ位置にあるときに放射線を照射するため、生理的活動により位置が変化するような患部に対しても照射位置は照射開始時の設定のままでよく、複雑な実時間制御を必要としない。このため、生理的活動により位置が変化するような患部に対しても、簡単な装置構成で放射線照射を行うことができる。また、患部の位置変化が小さい時に放射線照射のタイミングを設定することにより、放射線照射の効率を向上できる。特に、患部の動きが一般に判っている場合は、毎回患者の生理的活動と患部の位置変化の対応関係を求める必要がなくなるので、一層の簡略化が図れる。
【００２６】
また、第３の実施例のように生理的活動の測定により患部の近似的な位置を求める方法では、放射線の照射範囲を患部に追従させることができる。本方法では予め患部の位置測定を行うため、複雑な患部の位置変化の実時間測定を行う必要がなく、高速の画像処理装置や演算処理装置を必要としないため、装置及びその制御を簡略化できる。
【実施例４】
【００２７】
次に、本発明による放射線照射装置の第４の実施例を説明する。本実施例では、患部の位置変化が患者の呼吸に同期しているときに、シンクロトロンにより荷電粒子線を加速した後、速い取り出し法と呼ばれる取り出し法で短いパルス状ビームをシンクロトロンから出射して患部に照射する放射線治療法において、その運転を呼吸に同期させる。
【００２８】
図９は、患部の位置と呼吸の時間変化とを同時に測定するシステムのブロック図である。図１０はその動作手順を示したフローチャートであり、演算処理装置１０と外部装置との入出力関係を表す。
【００２９】
まず、超音波断層装置９ａ及び探触子９ｂを用いて患部１１ａの位置の時間変化を測定する。図９において超音波断層装置９ａは探触子９ｂにより受信された超音波信号から患部付近の断層画像を求める。臓器は呼吸に同期して周期的に動くが、その動きが小さくなるタイミング（以下、静止期と呼ぶ）を見つける。
【００３０】
次に、患者の呼吸に同期した信号を得て、患部の位置の時間変化と比較する。１ｄは患者の呼気及び吸気の流量を直接測定するセンサであり、その出力は呼吸モニター１ｃに送られる。患者の呼吸に同期して時間変化する信号を得るためには、患者の呼気及び吸気の流量を直接測定するほかにも、呼気と吸気の温度差を温度センサを使って測定する方法や、患者の胸部に取り付けたバンドによって胸囲の変化を測定する方法がある。また、筋肉の収縮を反映した電気信号を電極を使って測定し筋電図を作成する方法や、胸または腹部に加速度センサを取り付けてその出力を測定する方法なども考えられる。
【００３１】
患部の位置の時間変化を表す信号及び呼吸モニター１ｃの出力信号が図１１のＡ及びＢのように得られた場合について説明する。静止期は信号Ａが低くなるタイミング、即ち呼吸モニター１ｃの信号Ｂが低くなるタイミングである。そこで、放射線照射のタイミングを呼吸モニター１ｃの信号Ｂが極小になるタイミングとし、これを出射のためのトリガーｅのタイミングとして記憶装置３に記憶する。次に、ビーム入射のタイミングを呼吸モニターの信号Ｂが極大になるタイミングとし、これを入射のためのトリガーｓのタイミングとして記憶装置３に記憶する。
【００３２】
次に、トリガーｅのタイミングに、断層撮影装置１８を用いて核磁気共鳴法による断層撮影（以下、ＭＲＩと呼ぶ）を行い、患部１１ａの精密な位置及び形状を測定する。測定した患部の精密な位置及び形状のデータをもとに、放射線照射の範囲や照射線量などを決定するのは、従来の放射線治療の場合と同様である。患部の位置の精密な測定は、ＭＲＩのほかにも、Ｘ線による写真撮影装置を使う方法などが考えられる。また、患部の位置の精密な測定を実時間で行う装置としてＸ線ＣＴ装置を使用することもできる。ここまでが図１におけるステップ１に対応する。
【００３３】
次に、図１のステップ２に対応する部分について説明する。図１９において、円形の装置１２ａは荷電粒子を加速するためのシンクロトロンであり、その運転シーケンスは、入射，加速，待機１，出射，準備，待機２の各状態からなる。シンクロトロン１２ａの構成機器の各運転状態での動作状況を図２３に示す。図２３のように、電磁石は各運転状態に応じてパターン運転され、イオン源，前段加速器及び入射器は入射時に、加速空胴は加速時に、出射器は出射時にそれぞれ動作するように制御される。尚、輸送系及び照射系の動作は定常的である。１ｃと１ｄはステップ１で使用したのと同じ呼吸モニターとセンサである。呼吸モニター１ｃの出力信号は、制御室１００の演算処理装置２に送られる。この演算処理装置２はステップ１で使った演算処理装置１０と異なる動作をするが、１つの演算処理装置にこれら２つの機能を持たせる構成としても良い。
【００３４】
図１１のＢとＣに呼吸モニター１ｃの出力信号と加速器の運転状態を示す信号の関係を示す。また、図１９でシンクロトロン１２ａのトリガー信号を発生する演算処理装置２とシンクロトロン運転制御部４ｂの動作を、図２０にフローチャートで示す。
【００３５】
呼吸モニター１ｃの出力信号Ｂが極大になると、演算処理装置２は記憶装置３に記憶されたタイミングの取り方に基づいて、入射のためのトリガー信号ｓをシンクロトロン運転制御部４ｂへ出力する。トリガー信号ｓを入力すると、シンクロトロン運転制御部４ｂはイオン源及び前段加速器電源１２０ａ、並びに入射器電源１２１ａに制御信号を出力して、イオン源及び前段加速器１２０、並びに入射器１２１を動作させてシンクロトロン12ａにビームを入射する。次に、シンクロトロン運転制御部４ｂは、加速空胴電源１２２ａ及び電磁石電源１２３ａに制御信号を出力して、加速空胴１２２の電圧と周波数を制御しながら電磁石１２３の励磁量を増加させてビームを加速する。ビームの加速後、シンクロトロン運転制御部４ｂは次のトリガー信号を待つ（待機１）。
【００３６】
次に、呼吸モニター１ｃの出力信号Ｂが極小になると、演算処理装置２からシンクロトロン運転制御部４ｂにビーム出射のためのトリガー信号ｅが出力される。トリガー信号ｅを入力すると、シンクロトロン運転制御部４ｂは出射器電源１２４ａに制御信号を出力し、出射器の１つであるキッカー電磁石５を操作してビームの軌道を変え、ビームを出射用デフレクター１２４から出射する。但し、トリガー信号ｅが出力された時にまだ加速が終了しておらず待機１の状態になっていないときには、加速後ビームを出射せずに待機する。
【００３７】
出射用デフレクター１２４から出射されたビームは、輸送系を経て治療室に導かれ、ビームの偏向器６，照射系を構成する照射野形成用の収束・発散電磁石１７などを通って患部へ照射される。ここで、収束・発散電磁石１７はビームサイズを患部の大きさ程度に調整し、多葉コリメータ８はビームの形を患部の形状に合わせて調整することにより、患部に確実にビームを照射するようにしている。
【００３８】
以上説明したシンクロトロンの入射開始から待機２の状態までを１周期とし、必要な線量を患部に照射し終わるまでこの周期を繰り返す。これによって、呼吸モニターの信号に同期した線量照射を実現できる。この場合、照射するタイミングにおける患部の位置及び形状は毎回同じであるので、照射範囲を変更する必要はない。従って、照射系及び輸送系の設定を照射治療中に変更する必要もない。
【００３９】
尚、呼吸モニター１ｃからの信号と、シンクロトロンの運転状態を示す信号または荷電粒子ビーム電流モニター１４の出力信号とを、制御室１００の表示器１６に表示することにより、シンクロトロンの運転員である制御者１５は、正しいタイミングでビーム出射が行われていることを目視で確認できる。従って、誤操作による正常組織への照射を防止し、システムの安全性と信頼度を高めることができる。また、患部への総照射線量を荷電粒子ビーム電流モニター１４で測定することにより、治療計画に基づいた正確な線量を照射することができる。
【００４０】
トリガーのタイミングの取り方としては、上述した方法のほかにも、図１２のようにトリガー信号ｓを出力せずに、出射が終了すると直ぐに入射に移り、加速した後待機する方法や、図１３のように患者が息を吸い終わってから吐き始めるまでの間、即ち呼吸モニター１ｃの出力レベルがピークに達し患部の位置が停止するときの短い時間にタイミングを合わせて出射することもできる。図１２のようにトリガー信号の数を減らすことにより、加速器の運転を簡単にできる。
【００４１】
また、図１４のように加速器の運転シーケンスが短い場合には、呼吸モニター１ｃの出力信号の複数のタイミングで運転シーケンスを開始して、１呼吸のうちに複数回の出射をすることもできる。この場合は、１回の呼吸中に出射する回数分だけ照射範囲を設定し、照射系を制御して照射範囲を切り替えながら照射する。このように、１呼吸のうちに複数回の出射をすることにより、線量照射の効率を向上することができる。
【実施例５】
【００４２】
次に、本発明による放射線照射装置の第５の実施例を説明する。本実施例では、患部の位置変化が患者の呼吸に同期しているときに、シンクロトロンにより荷電粒子線を加速した後、遅い取り出し法と呼ばれる取り出し法で比較的長いパルス状ビームを出射して患部に照射する放射線治療法において、その運転を呼吸に同期させる。遅い取り出し法を用いたビームの出射は、前述した速い取り出し法に比べてシンクロトロンの直線部分を短くすることができるので、本実施例の方が第４の実施例に比べてシンクロトロンを小型にでき、小型の荷電粒子線治療装置を実現することができる。
【００４３】
本実施例においても、第４の実施例と同様に、患部の位置と呼吸の時間変化とが同時に測定される。手順は第４の実施例と同様で、決定するタイミングの数が１つ増す。即ち、図９の演算処理装置１０によって、放射線照射装置の運転制御部へ出力するトリガーのタイミングの取り方を決める。
【００４４】
患部の位置の時間変化を表す信号及び呼吸モニター１ｃの出力信号が図１５のＡ及びＢのように得られた場合について説明する。第１のトリガー信号ｓのタイミングを呼吸モニター１ｃの出力信号Ｂが極大になる時とし、第２のトリガー信号ｅのタイミングを呼吸モニターの出力信号Ｂが低くなりその微分値が０に近くなった時とし、第３のトリガー信号ｏのタイミングを呼吸モニター１ｃの出力信号Ｂが低くなった後再び信号Ｂが高くなり始める時とする。これら３つのタイミングの取り方（対応関数）を図９の記憶装置３に記憶する。ここまでが図１におけるステップ１に対応する。
【００４５】
次に、図１のステップ２に対応する部分について説明する。図２１において円形の装置１２ａは荷電粒子を加速するためのシンクロトロンであり、その運転シーケンスは、入射，加速，待機１，出射，準備，待機２の各状態からなる。本実施例では、第４の実施例と違い、その出射は約０.５ 秒程度の間続く。
【００４６】
図１５のＢとＣに、呼吸モニターの出力信号と加速器の運転状態を示す信号の関係を示す。また、図２１でシンクロトロン１２ａのトリガー信号を発生する演算処理装置２とシンクロトロン運転制御部４ｂの動作を、図２２にフローチャートで示す。
【００４７】
トリガー信号ｓを入力すると、シンクロトロン運転制御部４ｂはイオン源及び前段加速器電源１２０ａ、並びに入射器電源１２１ａに制御信号を出力して、イオン源及び前段加速器１２０、並びに入射器１２１を動作させてシンクロトロン１２ａにビームを入射する。次に、シンクロトロン運転制御部４ｂは、加速空胴電源１２２ａ及び電磁石電源123aに制御信号を出力して、加速空胴１２２の電圧と周波数を制御しながら電磁石１２３の励磁量を増加させてビームを加速する。ビームの加速後、バンプ軌道を形成する。ここで、バンプ軌道とは出射のために一部分だけずらされたビーム軌道のことで、バンプ電磁石２０を励磁して形成する。バンプ軌道の形成後、シンクロトロン運転制御部４ｂから軌道制御電源１２４ｂに制御信号を出力して軌道調節用４極電磁石２２及び共鳴励起用電磁石２１を操作することにより、ビームを出射し易い不安定な状態にして、シンクロトロン運転制御部４ｂは次のトリガー信号を待つ（待機１）。
【００４８】
次に、トリガー信号ｅを入力すると、シンクロトロン運転制御部４ｂは軌道調節用４極電磁石２２，バンプ電磁石２０，出射用デフレクター２３などを同時に操作してシンクロトロン１２ａからビームを出射し、患部へ照射する。但し、トリガー信号ｅが出力された時にまだ加速が終了していない場合は、加速が終了してから出射を開始する。
【００４９】
次に、シンクロトロン運転制御部４ｂは、トリガー信号ｏを入力した時にシンクロトロン１２ａが出射状態の場合は、軌道調節用４極電磁石２２などの出射器を操作してビーム出射を停止し、次の入射に備える準備状態に移る。シンクロトロン運転制御部４ｂがトリガー信号ｏを入力する前に出射が終了している場合は、シンクロトロン１２ａはトリガー信号ｏを待たずに準備状態に移る。その後、シンクロトロン運転制御部４ｂは次の入射開始のトリガー信号ｓがくるまで待機する（待機２）。
【００５０】
以上説明したシンクロトロンの入射開始から待機２の状態までを１周期とし、必要な線量を患部に照射し終わるまでこの周期を繰り返す。これによって、呼吸モニター１ｃの信号に同期した線量照射を実現できる。この場合、照射時の患部の位置及び形状は毎回同じであるので、照射範囲を変更する必要はない。従って、照射系及び輸送系の設定を照射治療中に変更する必要もない。
【００５１】
尚、呼吸モニター１ｃからの信号と、シンクロトロンの運転状態を示す信号又は荷電粒子ビーム電流モニター１４の出力信号とを、制御室１００の表示器１６に表示することにより、シンクロトロンの運転員である制御者１５は、正しいタイミングでビーム出射が行われていることを目視で確認できる。また、患部への総照射線量を荷電粒子ビーム電流モニター１４で測定することにより、治療計画に基づいた正確な線量を照射することができる。尚、荷電粒子ビームの電流が小さく荷電粒子ビーム電流モニター１４による測定が困難な場合は、シンクロトロン運転時の平均電流と出射に必要な時間から単位時間当たりの平均出射電流を算出しておき、出射時間を積分したものに掛け合わせることで荷電粒子ビーム電流を算出することができる。
【００５２】
トリガーのタイミングの取り方としては、上述した方法のほかにも、図１６のようにトリガー信号ｓを出力せずに、出射が終了すると直ぐに入射に移り、加速した後待機する方法や、図１７のように患者が息を吸い終わってから吐き始めるまでの間、即ち呼吸モニター１ｃの出力レベルがピークに達し患部の位置が停止するときの短い時間にタイミングを合わせて出射することもできる。また、図１８のように加速器の運転シーケンスが短い場合には、呼吸モニター１ｃの出力信号の複数のタイミングで運転シーケンスを開始して、１呼吸のうちに複数回の出射をすることもできる。この場合は、１回の呼吸中に出射する回数分だけ照射範囲を設定し、照射系を制御して照射範囲を切り替えながら照射する。
【００５３】
尚、本実施例では図２１の収束・発散電磁石１７でビームサイズを患部の大きさ程度に調節して患部の照射治療を行っているが、この方法以外にも収束・発散電磁石１７でビームサイズを患部の大きさよりも小さく絞って、ビームを走査させることにより患部全体の照射治療を行う方法を用いることも可能である。
【実施例６】
【００５４】
次に、本発明による放射線照射装置の第６の実施例を説明する。本実施例では、患部の位置変化が患者の呼吸に同期しているときに、シンクロトロンにより荷電粒子線を加速した後、高周波を使った遅い取り出し法により比較的長いパルス状ビームを出射して患部に照射する放射線治療法において、その運転を呼吸に同期させる。図１のステップ１については第５の実施例と全く同じであるので、ここでは説明を省略する。
【００５５】
図１のステップ２に対応する部分も大部分は第５の実施例と同様である。即ち、図２１においてシンクロトロン１２ａの運転シーケンスは、入射，加速，待機１，出射，準備，待機２からなり、第５の実施例と同様にビーム出射は約０．５秒程度の間続く。第５の実施例との違いは、荷電粒子ビームの出射方法である。シンクロトロン運転制御部４ｂは、演算処理装置２からトリガー信号ｓを入力すると、運転シーケンスに従ってシンクロトロン１２ａのビーム入射及び加速を行う。ビーム加速後バンプ軌道を形成し、軌道調節用４極電磁石２２及び共鳴励起用電磁石２１を操作してビームを出射し易い不安定な状態にし、次のトリガー信号を待つ（待機１）。
【００５６】
次に、シンクロトロン運転制御部４ｂは、演算処理装置２からトリガー信号ｅを入力すると、シンクロトロン１２ａの一部に設置された、出射器の１つである高周波発生用電極（図示せず）を作動させてビーム出射用の高周波電界を発生し、ビームを出射する。但し、トリガー信号ｅを入力した時にまだ加速が終了していない場合は、加速が終了してから出射を開始する。その後、シンクロトロン運転制御部４ｂは、演算処理装置２からトリガー信号ｏを入力したときにシンクロトロンが出射状態の場合は、出射用の高周波電界の発生を停止して出射を停止し、次の入射に備える準備状態に移る。トリガー信号ｏを入力する前に出射が終了している場合は、シンクロトロンはトリガー信号ｏを待たずに準備状態に移り、次の入射開始信号がくるまで待機する（待機２）。トリガーのタイミングの取り方及び患部への総照射線量の測定については、第５の実施例と同様に行う。
【００５７】
本実施例によれば、高周波を使った出射法を採用することにより、従来必要であった軌道調節用４極電磁石２２やバンプ電磁石２０の同時操作が必要なくなる。従って、小型で簡略な機器構成でビームを素早くオン，オフすることができるので、患者の状態が変化して呼吸の周期が不規則に変化したときにも、素早い対応が可能となり、照射範囲を更に正確に照射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明による放射線照射方法を示す図。
【図２】本発明による放射線照射装置の第１の実施例を示す図。
【図３】本発明による放射線照射装置の第１の実施例を示す図。
【図４】心電図の信号と患部の位置の信号のタイミングチャート。
【図５】本発明による放射線照射装置の第２の実施例を示す図。
【図６】本発明による放射線照射装置の第２の実施例を示す図。
【図７】第２の実施例における患部の位置と加速器の運転モードの関係を表わすタイミングチャート。
【図８】本発明による放射線照射装置の第３の実施例を示す図。
【図９】本発明による放射線照射装置の第４の実施例を示す図。
【図１０】第４の実施例の動作手順を示す図。
【図１１】第４の実施例における患部の位置と加速器の運転モードの関係を表わすタイミングチャート。
【図１２】第４の実施例における患部の位置と加速器の運転モードの関係を表わすタイミングチャート。
【図１３】第４の実施例における患部の位置と加速器の運転モードの関係を表わすタイミングチャート。
【図１４】第４の実施例における患部の位置と加速器の運転モードの関係を表わすタイミングチャート。
【図１５】第５の実施例における患部の位置と加速器の運転モードの関係を表わすタイミングチャート。
【図１６】第５の実施例における患部の位置と加速器の運転モードの関係を表わすタイミングチャート。
【図１７】第５の実施例における患部の位置と加速器の運転モードの関係を表わすタイミングチャート。
【図１８】第５の実施例における患部の位置と加速器の運転モードの関係を表わすタイミングチャート。
【図１９】本発明による放射線照射装置の第４の実施例を示す図。
【図２０】図１９の演算処理装置とシンクロトロン運転制御部の動作手順を示す図。
【図２１】本発明による放射線照射装置の第５の実施例を示す図。
【図２２】図２１の演算処理装置とシンクロトロン運転制御部の動作手順を示す図。
【図２３】第４の実施例のシンクロトロン構成機器の運転状態毎の動作状況を示す図。
【符号の説明】
【００５９】
１…生理的活動測定装置、１ａ…心電計、１ｂ…電極、１ｃ…呼吸モニター、２，１０…演算処理装置、３…記憶装置、４…放射線制御部、４ａ…照射野制御部、４ｂ…シンクロトロン運転制御部、４ｃ…加速器運転制御部、５…キッカー電磁石、６…偏向器、７…レンジシフタ、８…多葉コリメータ、９…患部位置測定装置、９ａ…超音波断層装置、
１１…患者、１１ａ…患部、１２…荷電粒子線発生装置、１２ａ…シンクロトロン、１３…画像処理装置、１４…荷電粒子ビーム電流モニター、１５…制御者、１６…表示器、
１７…収束・発散電磁石、１８…断層撮影装置、２０…バンプ電磁石、２１…共鳴励起用電磁石、２２…軌道調節用４極電磁石、１００…制御室、１２４…出射用デフレクター。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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